專利名稱：：光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光纖測量
技術(shù)領(lǐng)域：
的方法，具體涉及一種基于背向散射法的光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
：光纖的傳輸損耗特性是決定光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的最重要因素之一，因此對光纖的傳輸損耗系數(shù)的準確測定具有非常重要的意義。在光纖通信中，光信號在光纖中的傳輸損耗主要有接續(xù)損耗(光纖的固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗)和非接續(xù)損耗(彎曲損耗、其他施工因素和應(yīng)用環(huán)境所造成的損耗)兩類。現(xiàn)階段已經(jīng)提出的測定光纖傳輸損耗系數(shù)的方法有三種第一種為切斷法，切斷法首先將測試光源與被測光纖連接，測量出被測光纖出射點光出射功率P。，然后保持光注入條件不變，在離注入端約2m處切斷光纖，測量出被截斷光纖長度L，再測量出剩余光纖出射點光出射功率Pi。最后由公式a二-(10/L)lg(P。/Pi)(dB/km)即可得光纖損耗系數(shù)a的大小。切斷法的優(yōu)點在于其測量精度高，優(yōu)于其它方法O.ldB，但是這種測量方法需要截斷光纖，這對于被測光纖來說是一種帶破壞性操作。第二種為插入損耗法，這種測量方法本質(zhì)上仍為切斷法，只是其在光纖切斷處用光纖耦合連接頭來代替。這種測量方法不需要切斷光纖，為非破壞性的，適合于現(xiàn)場使用，但是插入損耗法的測量精確度和重復性要受到耦合接頭的精確度和重復性的影響，不如切斷法的精確度高。第三種光纖傳輸損耗系數(shù)測量方法為背向散射法。這種方法將大功率的窄脈沖光信號注入被測光纖，然后在同一端檢測沿光纖背向返回的散射光功率，因為主要的散射機理是瑞利散射，瑞利散射光的特征是它的波長與入射光波的波長相同，光功率與該點的入射光功率成正比，所以測量沿光纖返回的背向散射光功率就可以獲得光沿光纖傳輸時損耗的信息，從而可以測量出光纖的傳輸損耗系數(shù)?；诒诚蛏⑸浠蚍瓷湫盘柕臏y量儀器為光時域反射儀(OpticalTimeDomainReflectometer，簡稱0TDR)，它可以方便地對光纖進行無破壞性的測量。經(jīng)對現(xiàn)有文獻進行檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段普遍使用的0TDR(如日本橫河的AQ7275型0TDR和安藤AQ7260型0TDR)—般采用大功率短脈沖激光信號作為測試信號光，，通過測量光纖回射光功率及脈沖傳輸時間來對光纖的損耗進行測量。這種測量方法無法控制光纖背向散射光的模式分布，這常使光纖兩個傳輸方向上測得的傳輸衰減系數(shù)不同，并且它對光纖的非均勻性很敏感，如光纖的數(shù)值孔徑、直徑或散射系數(shù)等的變化都會對背向散射信號有影響，其測得的衰減系數(shù)將產(chǎn)生較大的偏差，不利于光纖的傳輸衰減系數(shù)的確定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置及測量方法，克服了切斷法測量光纖傳輸損耗系數(shù)存在帶破壞性操作和插入損耗法受耦合連接頭影響而使測量結(jié)果不精確的問題，并且不同于一般基于背向散射法的OTDR采用大功率窄脈沖光信號測光纖損耗的方法，它采用較寬的方波激光脈沖信號作為光纖輸入信號，大大減小了背向散射光的模式分布和光纖的不均勻性對測量結(jié)果的影響。因此，本發(fā)明具有裝置簡單、操作簡便和測量結(jié)果精確的優(yōu)點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種基于光時域反射儀的光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置，包括激光發(fā)射裝置、三端口環(huán)形器、函數(shù)信號發(fā)生器、光電探測器、數(shù)字示波器和計算功能模塊，其中函數(shù)信號發(fā)生器與激光發(fā)射裝置相連接并將輸出激光調(diào)制為方波光脈沖，激光發(fā)射裝置與三端口環(huán)形器的第一端口相連接并輸出方波光脈沖，三端口環(huán)形器的第二端口與被測光纖相連接并輸出方波脈沖至被測光纖中，三端口環(huán)形器的第三端口與光電探測器相連接以輸出回波信號，光電探測器與數(shù)字示波器連接將回波信號通過光電探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑤敵鲋翑?shù)字示波器進行測量，數(shù)字示波器與計算功能模塊相連接以將回波波形數(shù)據(jù)輸入到計算功能模塊并得到光纖傳輸損耗系數(shù)。本發(fā)明涉及上述基于光時域反射儀的光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置的測量方法，包括以下步驟第一步、將被測光纖與三端口環(huán)形器的第二端口連接，然后根據(jù)回波信號調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使激光發(fā)射裝置發(fā)出的方波激光脈沖具有信號脈寬T。所述的根據(jù)回波信號調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器是指1)回波信號的波形表達式在方波激光脈沖的信號脈寬T小于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時為柳=f，7,^(,-r)c/"(l-,/")2丄w+f377Rec2〖《72〖《^—<as—+rcc2)回波信號的波形表達式在方波激光脈沖的信號脈寬T大于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時為尸20)=巧，-n-7)2丄wf2，(l—)+巧(1—;/)+巧;7Re-2丄2丄wf，-(_r)c/-2丄十F377Re其中分別為光電探測器所接受到的光功率占被測光纖前端面、傳輸線路和后端面反射功率的比例，n為三端口環(huán)形器的第二端口與被測光纖前端面的耦合效率，o為被測光纖傳輸線路中后向散射光占總散射光的比例，n為被測光纖有效折射率，c為真空中的光速，L為被測光纖長度，a為所要測量的光纖傳輸損耗系數(shù)。第二步、通過三端口環(huán)形器的第三端口將回波信號輸入到光電探測器，然后由數(shù)字示波器顯示并采集波形數(shù)據(jù)。4第三步、將數(shù)字示波器所采集到的光纖回波波形數(shù)據(jù)導入計算功能模塊，并由計算功能模塊對數(shù)據(jù)進行數(shù)值擬合計算，得到所需要測量的光纖傳輸損耗系數(shù)。本發(fā)明的特點為在激光發(fā)射裝置中對其中的大功率半導體二極管激光器即可進行電路內(nèi)調(diào)制也可以通過函數(shù)信號發(fā)生器進行外調(diào)制得到方波激光信號輸出，而且其脈寬可以自由調(diào)節(jié)。探測光經(jīng)三端口環(huán)形器的第二端口輸入到被測光纖中，被測光纖回波信號經(jīng)環(huán)形器的第三端口輸入到光電探測器，這里使用環(huán)形器而沒有使用光纖耦合器的原因就是光纖耦合器對輸入光和回波光都會產(chǎn)生一個很大的耦合分光損耗，比環(huán)形器損耗大很多。本裝置回波光經(jīng)過光電探測器后直接輸入到示波器中，通過示波器顯示其回波波形，而沒有像一般0TDR需將回波信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入特別的信號處理裝置與顯示裝置，這就具有了結(jié)構(gòu)簡單的特點。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；其中1激光發(fā)射裝置、2三端口環(huán)形器、3函數(shù)信號發(fā)生器、4光電探測器、5數(shù)字示波器、6計算功能模塊、7被測光纖、8三端口環(huán)形器第一端口、9三端口環(huán)形器第二端口、IO三端口環(huán)形器第三端口。圖2為光輸入方波信號脈寬T小于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時光輸入信號與0TDR回波信號的理論模擬圖。圖3為光輸入方波信號脈寬T大于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時光輸入信號與0TDR回波信號的理論模擬圖。圖4為實施例中示波器所采集到的方波輸入信號與0TDR回波信號截屏圖(T<2Ln/c)。圖5為實施例中示波器所采集到的方波輸入信號與0TDR回波信號截屏圖(T>2Ln/c)。具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括激光發(fā)射裝置1、三端口環(huán)形器2、函數(shù)信號發(fā)生器3、光電探測器4、數(shù)字示波器5、計算功能模塊6和被測光纖7，其中函數(shù)信號發(fā)生器3與激光發(fā)射裝置1相連接并將輸出激光調(diào)制為方波光脈沖，激光發(fā)射裝置1與三端口環(huán)形器2的第一端口8相連接并輸出方波光脈沖，三端口環(huán)形器2的第二端口9與被測光纖7相連接并輸出方波脈沖至被測光纖7中，三端口環(huán)形器2的第三端口10與光電探測器4相連接以輸出回波信號，光電探測器4與數(shù)字示波器5連接將回波信號通過光電探測器4轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑤敵鲋翑?shù)字示波器5進行測量，數(shù)字示波器5與計算功能模塊6相連接以將回波波形數(shù)據(jù)輸入到計算功能模塊6并擬合計算得到光纖傳輸損耗系數(shù)。本實施例通過以下步驟實現(xiàn)測量第一步、將被測光纖與三端口環(huán)形器的第二端口連接，然后根據(jù)回波信號調(diào)節(jié)函5數(shù)信號發(fā)生器，使激光發(fā)射裝置發(fā)出的方波激光脈沖具有信號脈寬T。所述的根據(jù)回波信號調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器是指1)如圖2所示，回波信號的波形表達式在方波激光脈沖的信號脈寬T小于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時為柳=<2C7,f，<2C77(TW(12〖w+f377Re2〖《^2〖《^—<as—+r2)如圖3所示，回波信號的波形表達式在方波激光脈沖的信號脈寬T大于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時為尸20)=巧，-n-7)2丄wf2，(l—)+巧(1—;7)+巧;7Re2丄wf，e_(,-r)c/—,丄十F377Re其中分別為光電探測器所接受到的光功率占被測光纖前端面、傳輸線路和后端面反射功率的比例，n為三端口環(huán)形器的第二端口與被測光纖前端面的耦合效率，o為被測光纖傳輸線路中后向散射光占總散射光的比例，n為被測光纖有效折射率，c為真空中的光速，L為被測光纖長度，a為所要測量的光纖傳輸損耗系數(shù)。第二步、通過三端口環(huán)形器的第三端口將回波信號輸入到光電探測器，然后由數(shù)字示波器顯示并采集波形數(shù)據(jù)。第三步、將數(shù)字示波器所采集到的光纖回波波形數(shù)據(jù)導入計算功能模塊，并由計算功能模塊對數(shù)據(jù)進行數(shù)值擬合計算，得到所需要測量的光纖傳輸損耗系數(shù)。本實施例中測量對象為12.5km康寧公司的SMF-28單模光纖，在不同的脈寬輸入方波信號下所得到的回波波形圖分別如圖4、圖5所示。并通過數(shù)字示波器5和計算機采集得到OTDR所測回波波形數(shù)據(jù)，將回波波形數(shù)據(jù)導入到所開發(fā)的計算功能模塊即可直接得到此光纖在入射光波長(980nm)下的光纖傳輸損耗系數(shù)大小為1.148dB/km。然后用切斷法測量此光纖在入射光波長(980nm)下的光纖傳輸損耗系數(shù)，測量共進行了四次。測量數(shù)據(jù)列表如表1所示，與0TDR所測數(shù)據(jù)(1.148dB/km)比較可以發(fā)現(xiàn)，兩者數(shù)據(jù)誤差小于0.019dB/km。表1輸入方波信號脈寬(us)Pi(mW)P。(mW)a(dB/km)492.05851.081.1656<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置，其特征在于包括激光發(fā)射裝置、三端口環(huán)形器、函數(shù)信號發(fā)生器、光電探測器、數(shù)字示波器和計算功能模塊，函數(shù)信號發(fā)生器與激光發(fā)射裝置相連接并將輸出激光調(diào)制為方波光脈沖，激光發(fā)射裝置與三端口環(huán)形器的第一端口相連接并輸出方波光脈沖，三端口環(huán)形器的第二端口與被測光纖相連接并輸出方波脈沖至被測光纖中，三端口環(huán)形器的第三端口與光電探測器相連接以輸出回波信號，光電探測器與數(shù)字示波器連接將回波信號通過光電探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑤敵鲋翑?shù)字示波器進行測量，數(shù)字示波器與計算功能模塊相連接以將回波波形數(shù)據(jù)輸入到計算功能模塊并得到光纖傳輸損耗系數(shù)。2.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、將被測光纖與三端口環(huán)形器所示的三端口環(huán)形器的第二端口連接，然后根據(jù)回波信號調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使激光發(fā)射裝置發(fā)出的方波激光脈沖具有合適的信號脈第二步、通過三端口環(huán)形器的第三端口將回波信號輸入到光電探測器，然后由數(shù)字示波器顯示并采集波形數(shù)據(jù)；第三步、將數(shù)字示波器所采集到的光纖回波波形數(shù)據(jù)導入計算功能模塊，并由計算功能模塊對數(shù)據(jù)進行數(shù)值擬合計算，得到所需要測量的光纖傳輸損耗系數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置的測量方法，其特征是，所述的根據(jù)回波信號調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器是指1)回波信號的波形表達式在方波激光脈沖的信號脈寬T小于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>2)回波信號的波形表達式在方波激光脈沖的信號脈寬T大于光來回被測光纖所需時間2Ln/c時為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中分別為光電探測器所接受到的光功率占被測光纖前端面、傳輸線路和后端面反射功率的比例，n為三端口環(huán)形器的第二端口與被測光纖前端面的耦合效率，o為被測光纖傳輸線路中后向散射光占總散射光的比例，n為被測光纖有效折射率，c為真空中的光速，L為被測光纖長度，a為所要測量的光纖傳輸損耗系數(shù)。全文摘要一種光纖測量
技術(shù)領(lǐng)域：
的基于背向散射法的光纖傳輸損耗系數(shù)測量裝置及其測量方法，包括激光發(fā)射裝置、三端口環(huán)形器、函數(shù)信號發(fā)生器、光電探測器、數(shù)字示波器和計算功能模塊。本發(fā)明克服了切斷法測量光纖傳輸損耗系數(shù)存在帶破壞性操作和插入損耗法受耦合連接頭影響而使測量結(jié)果不精確的問題，并且不同于一般基于背向散射法的OTDR采用大功率窄脈沖光信號測量光纖損耗的方法，它采用較寬的方波激光脈沖信號作為光纖輸入信號，大大減小了背向散射光的模式分布和光纖的不均勻性對測量結(jié)果的影響。本發(fā)明具有裝置簡單、操作簡便和測量結(jié)果精確的優(yōu)點。文檔編號G01M11/02GK101793600SQ20101014670公開日2010年8月4日申請日期2010年4月15日優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日發(fā)明者劉天元,吳至境,沈啟舜,袁文,陸徐超申請人:上海交通大學